Mavzu: Kinetik tenglamalarga matematik tushunchalarni qo‘llanilishi reja

Ishning maqsadi
1. Geterogen kimyoviy reaksiyalarning kinetik modellarini qurish usullari bilan tanishing.
2. Berilgan mexanizmga muvofiq geterogen kimyoviy reaksiyaning kinetik modelini tuzing.
3. Kimyoviy kinetik nazariya va vibratsion rekasiyalar bilan tanishish
4. Reaksiyaga kirishuvchi moddalar va oraliq birikmalar konsentratsiyasining o‘zgarish dinamikasini o‘rganing.
Fizikaviy kimyo kursining boshqa qismlari bilan solishtirganda, eng ko'p matematik hisoblar va formulalar kimyoviy kinetikada mavjud.
Ushbu o'quv qo'llanmaning maqsadi talabalarga kimyoviy kinetikaning asosiy tushunchalari, formal kinetika, kimyoviy reaksiyaning elementar akti nazariyasi, to'qnashuvlar nazariyasi va boshqa ko'plab tushunchalar bilan tanishish imkoniyatini berishdir. Shu bilan birga, kitobxonlar universitetda o'qituvchi o'qigan materialni o'quv qo'llanma materiali bilan taqqoslash va o'qituvchi va seminarchilarga tushunarsiz mavzularda savollar berish imkoniyatiga ega. Umid qilamizki, bu talabalarga materialni yaxshiroq tushunishga imkon beradi.
Tebranish reaktsiyalari noorganik kimyoning eng qiziqarli va jozibali sohalaridan biridir. Nafaqat kimyogarlar, balki fiziklar, matematiklar, biofiziklar va boshqa ko'plab olimlarning e'tiborini jalb qilish, ular dolzarb masaladir. zamonaviy fan. Shuning uchun men o'z ishimda tebranish reaktsiyalarining tarixi bilan tanishmoqchiman, ularning amaliy qo'llash va ikkita eng mashhur bir hil tebranish reaktsiyalari, shuningdek, ularning mexanizmlarini tushunish va tajriba o'rnatib, tebranish reaktsiyalari bilan amaliyotda tanishish.
ASOSIY QISM
Kimyoviy kinetikaning asosiy tushunchalari
Kimyoviy kinetika kimyoviy reaksiyalarning tezliklari haqidagi fan bo‘lib, turli jarayonlarni vaqt birligi ichida borish mexanizmlari va qonuniyatlarini o‘rganadi. Reaksiya tezligi kimyoviy kinetikaning asosiy tushunchalaridan biridir. Avvalgi boblarda turli jarayonlarning borish-bormasligi, yo‘nalishi, sistemada muvozanat qaror topishi haqida termodinamika qonunlaridan foydalandik. Ammo bu qonunlar orqali reaksiyaning tezligi, oraliq holatlarning sodir bo‘lishi haqida ma’lumot olib bo‘lmaydi, aniqroq qilib aytganimizda, sodir bo‘layotgan jarayon qanday vaqt oralig‘ida va qay holatda sodir bo‘lishiga termodinamika javob bera olmaydi. Kimyoviy kinetika qonunlari yordamida vaqtning nihoyatda kichik ulushlarida yoki yillab sodir bo‘ladigan reaksiyalar, nihoyatda murakkab ravishda ketadigan yadro reaksiyalari, turli tirik organizmlarda sodir bo‘ladigan reaksiyalarni o‘rganish mumkin.
Kimyo sanoatida jarayonlarni tezlashtirish usullarini ishlab chiqish, xalal beruvchi qo‘shimcha reaksiyalarning tezliklarini kamaytirish, uskunalarni avtomatlashtirish borasida kimyoviy jarayonlarni vaqt birligi ichida sodir bo‘lish qonuniyatlarini o‘rganish talab qilinadi.
Odatda, kimyoviy reaksiyalar murakkab jarayon bo‘lib, turli elementar bosqichlardan tashkil topadi. Har bir elementar bosqich o‘ziga xos zarrachalarning o‘zaro ta’sirlanishiga bog‘liqdir. Ilmiy jihatdan shu kabi ta’sirlanishlarning kinetikasini o‘rganish reaksiyalarni qanday yo‘l bilan olib borish mumkinligini, ya’ni ularning mexanizmini nazariy va amaliy jihatdan o‘rganish imkoniyatini beradi. Kimyoviy kinetika dastlabki rivojlanish davrlarida asosan reaksiyaning tezligini o‘rganishga qaratilgan bo‘lib, bunda asosan reaksiyalarni sinflarga ajratishga va molekulyar-kinetik nazariyaga asoslangan holda reaksiyalarni borishini ifodalovchi kinetik tenglamalarni yaratishga qaratilgan. Reaksiyalarni bu tariqa o‘rganishni formal kinetika deb ataladi. Keyinchalik reaksiya kinetikasini o‘rganishda e’tibor ko‘proq reaksiyalarning mohiyatini, mexanizmini va boshqa xossalarini o‘rganishga qaratildi.
Demak kimyoviy kinetika formal kinetika va kinetika nazariyalarini o‘rganuvchi qismlardan iborat bo‘lib, kinetik nazariyalar asosida kimyoviy ta’sirlarning mexanizmlari va reaksiyalarning borish qonuniyatlari ochib beriladi. Kimyoviy reaksiyaning har taraflama asoslangan mexanizmini bilish ancha murakkab bo‘lganligi sababli, bir qancha nazariyalar taklif qilingan. Ularning asosiylari gazlarning molekulyar-kinetik nazariyasiga tayanib taklif qilingan faol to‘qnashishlar va faollashgan komplekslar (o‘tar holat) nazariyalaridir. Faollashgan komplekslar sifat nazariyasi asosida G.Eyring va M.Polyani (1935) statistik termodinamikaning matematik apparatidan foydalangan holda, reaksiyalarning absolyut tezliklari deb nomlangan miqdoriy nazariyani taklif qilganlar. Eritmalarda boruvchi reaksiyalarning kinetikasi diffuzion mexanizm bo‘yicha boradi va to‘qnashishlar nazariyasi asosida tushuntiriladi. Eritmalardagi reaksiyalarning mexanizmi gazlardagiga nisbatan ancha murakkab, chunki boshlang‘ich moddalarning molekulalari bir-biri bilangina emas, balki erituvchi molekulalari bilan ham to‘qnashadi. Eritmalarda molekulalar gazlardagiga nisbatan bir-biriga ancha yaqin joylashgan va umumiy to‘qnashishlar soni ancha ko‘p bo‘lishiga qaramasdan ikkita ta’sirlashayotgan moddalarning o‘zaro to‘qnashishi qiyinlashadi, chunki buning uchun ular erituvchi qavatidan diffuziyalanib o‘tishi kerak bo‘lib qoladi. Eritmalarda ko‘pincha ion reaksiyalar borganligi sababli, ularga erituvchining dielektrik singdiruvchanligi va eritmaning ion kuchi ta’sir qiladi. Eritmaning ion kuchi birlamchi va ikkilamchi tuz effektlarini keltirib chiqaradi.
Kimyoviy reaksiyalar kinetik jihatdan molekulyarligi va tartibiga ko‘ra tasniflanadi. Reaksiyaning molekulyarligi bir vaqtda to‘qnashib kimyoviy reaksiyaga kirishgan molekulalar turining soni bilan belgilanadi va mono-, bi- va uch molekulyar reaksiyalarga bo‘linadi. Monomolekulyar reaksiyalarga ba’zi ajralish reaksiyalari, molekulalar ichida atomlarning qayta guruhlanishi, izomerlanish reaksiyalari, radioaktiv parchalanish misol bo‘ladi. Murakkab efir suyultirilgan eritmasining gidrolizi reaksiyasida suvning miqdori ko‘p bo‘lganligi sababli, uning konsentratsiyasi o‘zgarmaydi.
Shuning uchun, bu kabi reaksiyalar “psevdomonomolekulyar” deyiladi. Oddiy reaksiyalar kam uchraydi. Ko‘pincha bir vaqtning o‘zida bir necha xil oddiy reaksiyalar yonma-yon (parallel), ketma-ket (konsekutiv) yoki birgalikda boradi. Bunday reaksiyalar murakkab reaksiyalar deyiladi.
Murakkab reaksiyalarning kinetik ta’limotiga ko‘ra yonma-yon yoki ketma-ket boradigan oddiy reaksiyalar bir-biriga bog‘liq bo‘lmaydi. Har qaysi oddiy reaksiya bir vaqtning o‘zida mustaqil boradi va ularning har biri ham massalar tasiri qonuniga bo‘ysunadi. Konsentratsiyalarning umumiy o‘zgarishi ayrim reaksiyalarda sodir bo‘lgan konsentratsiya o‘zgarishlarining yig‘indisiga teng bo‘ladi. Murakkab reaksiyalardagi oddiy reaksiyalar yonma-yon borayotgan bo‘lsa, umumiy tezlik oddiy reaksiyalar tezliklarining yig‘indisiga, agar ketma-ket borayotgan bo‘lsa, eng sekin borayotgan reaksiyaning tezligiga teng bo‘ladi.
Reaksiya tartibi reaksiya tezligining qaysi darajada konsentratsiyaga bog‘liqligini ko‘rsatadi. Reaksiya tartibi jarayonda qatnashayotgan bir modda uchun alohida topilsa xususiy tartib deyiladi. Barcha moddalar xususiy tartiblarining yig‘indisi reaksiyaning umumiy tartibini beradi. Agar reaksiya bir bosqichda borsa, reaksiya tartibi bilan molekulyarligi o‘zaro mos kelishi mumkin, lekin ko‘pincha reaksiyalar bir qancha bosqichlarda borganligi tufayli reaksiya tartibi bilan molekulyarligi turli qiymatlarni qabul qiladi. Masalan, yuqorida keltirilgan murakkab efirning suyultirilgan eritmada gidrolizlanish reaksiyasi bimolekulyar (yoki “psevdomonomolekulyar”) bo‘lib, birinchi tartiblidir. Ushbu reaksiyada efirning miqdori ham ortiqcha olinsa, reaksiya natijasida sarflanayotgan efir o‘rni efir qatlamidan to‘ldirib borilganligi sababli, uning konsentratsiyasi doimiy bo‘ladi va natijada reaksiya tezligi o‘zgarmaydi. Demak, ushbu reaksiya nolinchi tartibli bo‘ladi. Reaksiya davomida bitta yoki bir necha moddalarning konsentratsiyalari o‘zgarmay qolsa, “psevdo” yoki “kuzatilgan” tartib atamasi qo‘llaniladi. Reaksiyaning tezligi reaksiya davomida o‘zgarmasa, bunday reaksiya nolinchi tartibli bo‘ladi. Nolinchi tartibli reaksiyalar ko‘pincha geterogen va fotokimyoviy jarayonlarda uchraydi. Ko‘pincha radioaktiv parchalanish reaksiyalari ham nolinchi tartibli reaksiyalarga kiradi. Reaksiya tartibini aniqlashning bir necha

*Ushbu tenglamalardan grafik yordamida reaksiya tartibi aniqlanadi.
differensial va integral usullari mavjud. Reaksiya tartibi formal kattalik bo‘lib, moddalarning miqdoriga, bosim, harorat va katalizator ishtirokiga bog‘liqdir, u 0,5 dan 4 gacha bo‘lgan qiymatlarni qabul qilishi mumkin.
Kinetik tenglamalar kimyoviy kinetikaning yana bir asosiy tushunchalaridan. Kinetik tenglama – tezlikni yoki birorta kinetik doimiyni unga ta’sir qiluvchi (yoki uni tashkil qiluvchi) omillar bilan bog‘liqliklarining matematik ifodasi. Kinetik doimiylarga tezlik konstantasi, muvozanat konstantasi, reaksiyaning xususiy va umumiy tartibi, faollanish energiyasi va sterik omillar kiradi. YII.1-jadvalda turli tartibli reaksiyalarning differensial va integral kinetik tenglamalari keltirilgan.
Kinetik tenglamalar asosida tuzilgan grafik bog‘lanishga kinetik egrilar deyiladi. Kinetik egrilar turli xil bo‘ladi. Masalan, modda unumining vaqtga bog‘liqligi 4 xil ko‘rinishga ega (VII. 1-rasm).